SU1102807A1 - Теплообменное устройство к аппаратам дл выращивани микроорганизмов - Google Patents

Abstract

ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО К АППАРАТАМ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ , включающее два коллектора с вертикальными тепловыми трубами и конденсатор, о тличающеес   тем, что, с целью повышени  коэффициента теплопередачи, возможности работы с различными хладоносител ми и уменьшени  их расхода, внутри тепловых труб коаксиально с образованием кольцевого зазора установлены дополнительные трубы, заглушенные с верхнего торца и подключенные в нижней части, расположенной вне тепловых труб, к отдельному коллектору дл  подвода хладоносител , при этом в верхней части каждой дополнительной трубы установлена перпендикул рно ее оси трубка дл  распр.оделени  хладоносител  по внутренней поверхности трубы в виде пленки, снабженна  внутри винтовой направл ющей,- причем .; W участок трубки, расположенный внутри дополнительной трубки, имеет отверсти  дл  дросселировани  хладоно сител , а на наружной поверхности дополнительной трубы укреп лены винтовые направл ющие лопасти . ьо 00 о М

Description

t Изобретение относитс  к микробио логической промышленности и может быть использовано в процессах культивировани  микроорганизмов, а такж в пищевой, медицинской, химической и нефтеперерабатывающей промышленности . Известно используемое в биотехно логии теплообменное устройство к аппаратам дл  выращивани  микроорга низмов, которое выполнено в виде секционной рубашки и расположенных внутри аппарата змеевиков Cl. Недостатком такого устройства  в л етс  невысока  эффективность теплосъама , так как охлаждение культуральной жидкости происходит за счет конвективного движени  хладоагента (воды) внутри змеевиков и секционной рубашки, которое характеризуетс  низ кими значени ми коэффициента теплопередачи . Это устройство выбрано в качестве базового объекта. Известен аппарат дл  выращивани  микроорганизмов, содержащий теплообменное устройство типа теплова  труба с коллектором-конденсатором 2 Однако использование данной конс рукции не обеспечивает достаточной эффективности при передаче тепла. Известно также теплообменное устройство к аппаратам дл  выращивани  микроорганизмов, состо щее из р да вертикальных тепловых труб и коллектора дл  подвода хладоагентов; кажда труба представл ет собой герметично закрытый с торцов цилиндр, заполненньй жидким теплоносителем, при этом в нижней части цилиндра концентрично установлен цилиндрический стакан, стенка и днище которого имеют отверс ти  дл  циркул ции жидкого теплоносител , причем над стаканом размещено отбойное кольцо, отдел ющее зону испарени  от зоны конденсации жидкого теплоносител , расположенной в верхней части трубы, а верхние участ ки труб размещены внутри коллектора Сзз. Однако данное теплообменное устро ство имеет большой объем заполнени , хладагентом и меньшие значени  коэффициента теплоотдачи в испарительной зоне по сравнению с коэффициентами .теплооддачи в устройствах с тупиковыми кольцевыми каналами без боковой подпитки. 7 Наиболее близким техническим решением к предложенному  вл етс  теплообменное устройство к аппаратам дл  выращивани  микроорганизмов, включающее два коллектора с вертикальными тепловыми трубами и конденсатор. Основна  конденсационна  камера конденсатора в этом устройстве соединена посредством паропровода с дополнительной конденсационной камерой, содержащей внутри охлаждаюш; й змеевикС Однако теплообменное устройство характеризуетс  недостаточно высоким коэффициентом теплопередачи, так как не используютс  высокоинтенсивные процессы теплообмена при кипении в пленке жидкости, что необходимо дл  создани  стрессовых режимов при регулировании процессов биосинпеза, не обеспечиваетс  работоспособность устройства при использовании различных хладоносителей, что необходимо с целью уменьшени  их расхода, в зависимости от времени года. Цель изобретени  - повьш ение коэффициента теплопередачи, возможности работы с различными хладоносител ми и уменьа1ение их расхода. Цель достигаетс  тем, что в теплообменном устройстве к аппаратам дл  выращивани  микроорганизмов, включающем два коллектора с вертикальными тепловыми трубами и конденсатор, внутри тепловь х труб коаксиально с образованием кольцевого зазора установлены дополнительные трубы, заглушенные с верхнего торца и подключенные в нижней часту, расположенной вне тепловых труб, к отдельному коллектору дл  подвода хладоносител , при этом в верхней части каждой дополнительной трубы установлена перпендикул рно ее оси трубка дл  распределени  хладоносител  по внутренней поверхности тепловой трубы в виде пленки, снабженна  внутри винтовой направл ющей, причем участок трубки, расположенный внутри дополнительной трубы, имеет отверсти  дл  дросселировани  хладоносител , а на наружной поверхности дополнительной трубы укреплены винтовые направл ющие лопасти . На фиг. 1 схематично изображено предложенное теплообменное устройство к аппаратам дл  выpaщивaнvI  икроорганизмов; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1. в унеличенном масштабе; 1 на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1 . Предложенное теплообменное устрой ство содержит два коллектора 1 и 2 с вертикальными тепловыми трубами 3 и конденсатор 4, подклгаченньм к коллекторам 1 и 2 при помощи паропровода 5 и конденсатопровода 6. Внутри тепловых труб 3 коаксиально с образованием кольцевого зазора 7 установлены дополнительные трубы 8 заглушенные с верхнего тор.ца и подключеннще в нижней части, расположенной вне тепловых труб 3, к отдель ному коллектору 9 дл  подвода хладоносител  в трубы 3. В верхней части каждой дополнительной трубы 8 установлена перпендикул рно ее оси трубка 10 со скошенными в параллельных плоскост х Торцами. Трубка 10 пред назначена дл  распределени  хладоносител  по внутренней поверхности трубы 3 в виде пленки и снабжена внутри БИНТОВОЙ направл ющей 11. Участок трубки 10, расположенньй внутри дополнительной трубь: 8 имеет отверсти  12 дл . дросселировани  хл доносител , а на наружной поверхнос ти трубы 8 укреплены винтовые направл ющие лопасти 13 дл  обеспечени  смачивани  внутренней поверхности труб 3 хладоносителем. Конден сатор 4 расположен вне аппарата дл  выращивани  микроорганизмов и находитс  выше уровн  верхнего коллектор 1. К конденсатору А посредством трубопровода с вентилем 14 подключен мерник 15 дл  дозировани  хладоносител  перед запуском в работу теплооб менного устройства и дл  сбора хладоносител  во врем  стерилизации. Мерник 15 соединен с конденсатопроводом 6, трубкой 16 и запорным вентилем 17. Дл  вьфавнивани  давлени  в конденсаторе 4 и мернике 15 предусмотрен трубопровод 18 с запорньм вентилем 19. Паропровод 5 и конденсатопровод 6 снабжены вентил ми 2023 . К нижнему коллектору 9 подключен трубопровод 24 с запорным вентилем 25 дл  подвода хладоносител  в трубы В, при этом указанный трубопровод соединен с конденсатопроводом 6 -. через вентиль 26. Коллектор 2 подключен к конденсатопроводу 6 трубопроводом 27 с вентилем 28. Теплообменное устройство работает следующим образом. 7 В жаркий период года (в.есенне-летний ), когда использование в качестве хладоносител  воды из.-за незначительного перепада температур между водой и охлаждаемой в ферментаторах культуральной жидкостью (5-10С) не обеспечивает необходимого теплосъема в процессе культивировани  микроорганизмов , тогда теплообменное устройство работает в релодме струйно-пленочного натекэ-ни  хладоносител  - жидкого фреона-12 в сочетании с его фазовым переходом, что обеспечивает создание стрессовых тепловых релсимов при культивировании микроорганизмов, либо в режиме фазового перехода хладоносител  с кипением его в кольцевом зазоре , что обеспечивает посто нство температуры кипени  хладоносител . а следовательно, поддержание оптимальной температуры различных продуцентов , имеющих различную темгЕературу культивировани , осуществл емую изменением давлени  внутри труб. В случае работы теплообменного устройства в режиме струйпо-пленочного натекани  хладоносител  в сочетании с его фазовым переходом вентили 28, 25 и 23 закрыты и хладоноситель из конденсатора 4 поступает по конденсатопроводу 6 при открытых вентил х 20-22 и 26 в коллектор 9, а из него в трубы В. Затем хладоноситель поступает через отверстие 12 в трубки 10 со скошенными торцами,.где при прохожд ,ении через отверсти  12 за счет перепада давлений возникает дросселирующий эффект, и хладоноситель охлалсдаетс . После прохождени  винтовой направл ющей 11 хладоноситель в виде турбулизированной пленки попадает на внутреннюю поверхность труб 3. Винтовые направл ющиелопасти 13 направл ют тонкую пленку жидкости на внутреннюю поверхность труб 3. Жидкий хладоноситель в виде тонкой пленки стекает в нижнюю часть труб 3, отбира  тепло через стенку от культуральной жидкости, вскипа  при этом. Образовавшийс  пар за счет перепада давлений по паропроводу 5 поступает в конденсатор 4, где конденсируетс  и конденсат из конденсатора 4 по конденсатопроводу 6 через трубопровод 24 поступает в коллектор 9, после чего цикл повтор етс . При этом реализуетс  процесс кипени  в тонкой пленке. Конденсаци  паров хладоносител  происходит за счет вскипани  более низкокип щего хладагента в трубном прос ранстве конденсатора. В случае работы те1глообменного устройства в режиме фазового переход с кипением его в кольцевом зазоре нижн   часть труб 3 заполн етс  из мерника 15 хладоносителем. Тепло, вы дел емое в, процессе микробиологическ го синтеза, передаетс  к наружной по верхности тепловых труб 3. Хладоноси тель кипит в кольцевом зазоре 7 между трубами 8 и 3 и образовавшийс  пар по паропроводу 5 поступает в конденсатор 4, где конденсируетс  и через вентиль 14 поступает в мерник 15, а и мерника 15 по трубке 16 через вентиль 17 и конденсатопровод , 6 поступает обратно в кольцевой зазор 7 (вентиль 21 закрыт), и цикл повтор етс . При этом реализуетс  эффективный процесс .теплосъема за счет кипени  хладоносител  в кольцевом зазоре. Кроме того, осуществл етс  интенсивный выброс хладоносител  из нижней части труб 3 в верхнюю зону этих труб и стекание его по внутренней поверхности труб 3 в виде пленки. Таким образом, обеспечиваетс  эффективное кипение жидкой пленки хладоносител  по всей высоте тепловых труб 3. В холодный период года (осеннезимний ), когда температурный перепад между градиренной водой и культуральной жидкостью составл ет 15-25 С, что

обеспечивает теплосъем при охлаждении аппарата дл  выращивани  микроорганизмов , предлагаемое устройство с целью сокращений расхода воды работает в режиме струйно-пленочиого натекани  без фазового перехода, при этом в качестве хладоносител  используют воду и рассол.

При работе аппарата в осенне-зимНИИ период года вода через вентили 25 и трубопровод 24 поступает в коллектор 9, при этом вентили 17, 20, 21 и 16 закрыты, затем во внутреннюю полость труб 8, откуда через отверсти  12 поступает в трубки 10. Из трубок 10 зода по винтовым направл ющим 11 попадает на внутреннюю поверхность труб 3. При этом вода в виде турбулизированной пленки стекает в нижнюю часть труб, отбира  при этом тепло, вьщел емое в процессе микробиологического синтеза. Стекающа  жидкостна 

процесса позволит исключает перегревы культуральной жидкости, что способствует сохранению ак7-ивности культуральной жидкости на 30-35%,

Осуществление различных режимов охлаждени  впредлагаемом теплообменном устройстве обеспечивает возможность использовани  различных хладоносителей (фреона или воды) в зависимости от временных условий проведени  производстц нных процессов. Этим достигаетс  значительна  экономи  энергоресурсов: в холодный период года используетс  более дешевый хладоноситель-вода , при этом расход воды в режиме струйно-пленочного натекани  снижаетс  в 3,1 раза по сравнению с базовым объектом.

Ожидаемый экономический эффект от использовани  предлагаемого технического решени  в cpaвнeниv с базовым объектом составит на единицу продукции 0,35 руб. на 1 кг. препарата. пленка попадает в коллектор 2, а из него выходит через открытые вентили 22, 23 и 28. Предложенна  конструкци  теплообмеиного устройства позвол ет легко осуществить стерилизацию аппарата дл  вьфащивани  микроорганизмов путем перекрыти  вентилей 21 и 17. При этом хладоноситель, наход щийс  внутри труб 3, полностью выходит в конденсатор 4 и оттуда сконденсировавшийс  поступает в мерник 15, после чего вентиль 14 закрывают до конца стерилизации . Новые конструктивные признаки предлагаемого устройства позвол ют по сравнению с базовым и известным реализовать струйное натекание хладагента на внутреннюю поверхность теплопередающих труб с дальнейшим эффективным пленочным охлаждением, а также сочетать струйно-пленочное охлаждение с фазовым переходом хладоносител , что значительно повышает интенсивность теплосъема и обеспечивает термостабилизацию процесса. Использование предлагаемой конструкции за счет осуществлени  различных режимов охлаждени  позвол ет увеличить коэффициент теплопередачи в 5,5-6,0 раз, который достигает значени  1260-1380 вместо 230 у базового объекта. Такое повышение интенсивности теплосъема и обеспечение термостабилизации

вкод Выход /

В

Фиг.З

6-6

ФчгЛ

Claims (1)

1. ТЕПЛООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО К АППАРАТАМ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, включающее два коллектора с вертикальными тепловыми трубами и конденсатор, отличающеес я тем, что, с целью повышения коэффициента теплопередачи, возможности работы с различными хладоносителями и уменьшения их расхода, внутри тепловых труб коаксиально с образованием кольцевого зазора установлены дополнительные трубы, заглушенные с верхнего торца и подключенные в нижней части, расположенной вне тепловых труб, к отдельному коллектору для подвода хладоносителя, при этом в верхней части каждой дополнительной трубы установлена перпендикулярно ее оси трубка для распределения хладоносителя по внутренней поверхности трубы в виде пленки, снабженная внут- & ри винтовой направляющей,· причем ·; участок трубки, расположенный внутри дополнительной трубки, имеет отверстия для дросселирования хладоносителя, а на наружной поверхности дополнительной трубы укреплены винтовые направляющие лопасти.

   SUn,, 1102807